Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
23	1	4	28.03.10
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
		Trójkąt Gibbsa

1. Wstęp teoretyczny

W ćwiczeniu występuje układ trójskładnikowy z ograniczoną rozpuszczalnością, która występuje w układzie podwójnym A-B (chloroform - matanol). W pozostałych układach podwójnych A-C i B-C (chloroform - woda i metanol - woda) występuje pełna mieszalność. Dla przedstawienia na płaszczyźnie diagramu fazowego takiego układu należy, oprócz ciśnienia, uwzględnić także temperaturę. W tym celu wykorzystuje się tzw. trójkąt Gibbsa (→ rysunek). Podstawą zastosowania trójkąta Gibbsa jest zależność w_A + w_B + w_c = 100%, gdzie w_A, w_B, w_c są składami procentowymi składników A, B, i C. Naroża trójkąta odpowiadają czystym składnikom A, B i C. Każdy punkt wewnątrz trójkąta przedstawia układ trójskładnikowy. Skład układu w danym punkcie trójkąta można określić przeprowadzając przez dany punkt proste równoległe do boków i odczytując zawartości składników na odpowiednich bokach trójkąta (np. zawartości składnika A odpowiadają punkty przecięcia się prostej równoległej do boku BC z bokami AC i AB).

Jeżeli do pierwotnego, dwuskładnikowego i dwufazowego układu doda się pewną ilość składnika C, który miesza się zupełnie zarówno z A jak i B, to sumaryczny skład układu przeniesie z punktu c do c₁ (wszystkie punkty leżące na prostej Cc mają tę właściwość, że stosunek zawartości składników A i B pozostaje na niej stały). Spowoduje to zmianę składów poszczególnych faz, ponieważ obecność składnika C w obydwu fazach a₁ i b₁ prowadzi do zwiększenia mieszalności. Dodając dalsze porcje składnika C otrzymuje się kolejne fazy a₂ i b_2, a₃ i b₃ (punkty c₂, c₃ oznaczają kolejne sumaryczne składy) aż do otrzymania układu homogenicznego w punkcie K zwanym punktem rozpuszczalności krytycznej. Linie łączące składy faz będących ze sobą w równowadze tzw. linie koniugacji przecinają się w jednym punkcie leżącym poza trójkątem Gibbsa i noszącym nazwę ogniska. Liczba stopni swobody dla układów, których sumaryczny skład znajduje się poniżej izotermy rozpuszczalności wynosi (T = const., p = const.) n = 3 - 2 + 0 = 1, a dla układów, których sumaryczny skład znajduje się nad krzywą liczba stopni swobody wynosi 2.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie stężeń, przy których zachodzi zjawisko zwiększenia się mieszalności w układzie dwuskładnikowym po dodaniu do niego trzeciego, rozpuszczalnego składnika, przy określonej temperaturze, w układzie chloroform − metanol - woda oraz wykreślenie izotermy rozpuszczalności dla tego układu na diagramie Gibbsa.

3. Zadane parametry

odczynnik	wzór chemiczny	gęstość [g/cm^3]	masa molowa [g/mol]	Oznaczenie literowe
chloroform	CHCl3	1,48	119,39	A
metanol	CH3OH	0,7905	32,01	B
woda destylowana	H2O	0,998	18	C

4. Sposób wykonania ćwiczenia

W naczyniu termostatowanym wodą zmieszano znaną objętość chloroformu z początkową objętością metanolu i wymieszano (1 faza - dwuskładnikowa). Taki układ miareczkowano wodą do zmętnienia, czyli uzyskania heterogenizacji układu. Następnie dodano kolejną porcję metanolu (homogenizacja układu) i znowu miareczkowano układ wodą aż do zmętnienia. Powtórzono to kilkanaście razy. Wyniki pomiarów zawarto w tabeli poniżej.

5. Wyniki pomiarów dla temperatury pokojowej

Lp.	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy [%]
		A	B	C	A	B	C
1	12	5,6	1,00	64,5%	30,1%	5,4%
2	12	8,2	2,00	54,1%	36,9%	9%
3	12	10,4	3,00	47,2%	41%	11,8%
4	12	12,5	4,00	42,2%	43,8%	14%
5	12	14,4	5,00	38,2%	46%	15,8%
6	12	16,2	6,00	35,1%	47,4%	17,5%
7	12	18	7,00	32,4%	48,6%	19%
8	12	19,8	8,00	30,2%	49,7%	20,1%
9	12	21,6	9,00	28,2%	50,7%	21,1%
10	12	23,3	10,00	26,5%	51,4%	22,1%
11	12	25	11,00	25%	52%	23%

6. Wyniki pomiarów dla temperatury 31^oC

Lp.	Objętość [cm^3]			Ułamek molowy [%]
		A	B	C	A	B	C
1	12	4,8	1,0	67%	27%	6%
2	12	7,2	2,0	57%	34%	9%
3	12	9,1	3,0	50%	38%	12%
4	12	10,9	4,0	45%	40%	15%
5	12	12,45	5,0	41%	42%	17%
6	12	14,15	6,0	37%	44%	19%
7	12	15,7	7,0	35%	45%	20%
8	12	17,2	8,0	32%	46%	22%
9	12	18,6	9,0	30%	47%	23%
10	12	20,15	10,0	28%	48%	24%
11	12	21,55	11,0	27%	48%	25%
12	12	22,95	12,0	26%	48%	26%
13	12	24,35	13,0	24%	50%	26%
14	12	25,75	14,0	23%	50%	27%
15	12	27,15	15,0	22%	50%	28%
16	12	28,55	16,0	21%	51%	28%

6. Dyskusja wyników, wnioski

Ilość wody dodanej do roztworu wpływa na wzajemną rozpuszczalność chloroformu i metanolu. Wraz ze wzrostem stężenia wody trudniej jest osiągnąć roztwór homogeniczny, a łatwiej heterogeniczny. Wyniki doświadczenia są obarczone błędem na skutek niewłaściwego wykonania doświadczenia. Błędy wynikają również z powodu trudności uchwycenia końcowego punktu miareczkowania.

Trójkąt Gibbsa jest praktycznym i pożytecznym narzędziem przy wyznaczaniu wzajemnych stężeń trzech cieczy, z których dwie praktycznie się nie mieszają. Posługując się nim można określić dla jakich wartości stężeń poszczególnych składników układ trójskładnikowy jest układem jednofazowym, a dla jakich układem dwufazowym.

3

---